整流机组外特性仿真分析

整流机组外特性仿真分析

刘炜涛

刘炜涛

成都地铁运营有限公司四川成都610000

摘要：整流机组的外特性，是指整流过后直流输出端电压随其负荷电流或者短路电流变化的关系曲线，是呈现非线性变化的。本文根据电抗系数的变化分析在不同取值区间时，整流机组的外特性变化趋势。

关键字：整流机组，外特性，非线性，仿真分析

1.12脉波整流机组的输出外特性

通常情况下整流机组外特性模型为三相六脉波的3折线模型，12脉波整流器呈6段线性化。对于现阶段城市轨道交通绝大多采用的轴向双分裂式三绕组变压器，分析以耦合系数k为基础，对于轴向双分裂式的整流变压器进行分析计算：

式中，为换相电抗，是由交流电源的系统阻抗与整流变压器阻抗组成；为整流机组的负荷电流：为直流侧空载电压；当0<K<(0.4226)时外特性呈六段特性；当(0.4226)<K<(0.6667)时将不再出现；当(0.6667)<K<1时，都不会出现，此时整流机组外特性只有四段。整流机组各工作区段输出特性曲线，即整流机组外特性如图2所示。

从图中可以看当出其工作在2、4区间是时表现为曲线，而当整流机组工作在区间1、3、5-1上时，外特性表现为直线。为了方便计算，我们可以用连接图中曲线起点、终点的直线来等效先前的曲线区段。各延长线段与Y轴的截矩就是等效电压源的数值，直线表达式中的斜率就是理想电压源的等效内阻。如图3所示，直流供电系统在仿真时模型可用得到的等效的电压源与内阻的戴维南等效电路来分析。由此显然当机组工作在不同的区间时，应当使用不同的内阻和计算理想电压源数值进行等效计算，这也是我们计算整流机组外特性输出特性和负载特性的最主要目的。（以下曲线均是按计算实例中的数据绘制）

对于12脉波整流机组当耦合系数0≤K≤1，外特性曲线如图所示，当k=1时，相当于交流侧的电抗集中在变压器网侧；当k=0时，相当于交流侧的电抗集中在变压器阀侧。（不同耦合系数下的外特性曲线见图3）

2.整流机组空载时的输出电压

整流机组次边绕组分别经过2组三相桥式整流电路整流后，在直流侧直接并联输出，这样就形成了两桥并联但不设桥间平衡电抗器的12脉波整流系统。由电力电子技术知道虽然两桥整流之后的直流平均电压值是相同的，但实际由于相位差关系，其瞬时值大小却不同。两桥间直流电压的瞬时电压差我们称为均衡电压。在外加一定的负载条件下，就形成了不流经负载只通过变压器阀侧绕组与整流桥的均衡电流。当处于空载运行时，由于二极管的单向导通性，均衡电流不能流通。这时两组整流桥单独运行，其直流电压平均值:

均衡电流的作用下，两整流桥实现并联工作后，整流器输出直流平均电压就是其中一组整流装置输出的平均电压：

3.结束语

整流电路的外特性是表征整流电路主要性能的重要特性之一，它与电源、供电系统的阻抗参数和整流变压器的阻抗电压，整流器特性及其整流接线方式、有无平衡电抗器，以及整流时的换相重叠角（因变压器等电感惯性组件）等多种因子有关，其中如变压器等的电抗压降在输出直流增大情况下并非呈线性变化的。

参考文献：

[1]李良威，李群湛，刘炜.24脉波整流器外特性仿真及其在城市轨道交通中的应用.城市轨道交通研究，2007.2.

[2]刘炜.城市轨道交通列车运行过程优化及牵引供电系统动态仿真.西南交通大学，2009.

[3]董海燕，田铭兴.地铁24脉波整流机组的仿真及谐波电流分析，2010.